我国电力电子器件的发展.DOC

中国电力电子器件的发展 摘 要：本文综述了近年来国际上电力电子技术在电力电子器件、功率变换技术、谐波抑制、电磁兼容等方面的必威体育精装版发展，并结合我国电力电子技术发展现状，对我国电力电子技术及其应用在我国国民经济发展中广阔前景和发展战略进行了分析和讨论。1.引言在当今工业自动化社会中，电能起着十分重要的作用，人均消耗的电能量已成为衡量一个国家实力的重要指标。为了高质量，有效地使用电能，生产的总电能中，越来越多的电能必须经过电力电子技术实行能量变换后，再用于工业和军事的需要。因为，它对节能、减小环境污染，改善工作条件，节省原材料，降低成本和提高产量等方面均起着十分重要的作用，所以，电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和高效利用能源均至关重要，从而迅速发展成为一个独立的技术、学科领域和当今任何高技术系统中不可缺少的关键技术之一。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门，它已经或正在显示出，对一个国家工业的发展，对一个国家在国际市场激烈竞争中的地位，均起着重要的作用。毫无疑问，电力电子技术将成为本世纪乃至下世纪重要关键技术之一。近几年来，世界上经济高度发达的国家，尽管其经济总体的增长速度较慢，但这些国家中的电力电子技术的发展仍一直保持着每年增长百分之十几的高速度。从历史上看，功率器件像一颗燃起电力电子技术革命的火种。一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。因为功率器件就好像现代电力电子装置的心脏;虽然它的价值通常不会超过整台装置总价值的20～30％，但是，它对装置的总价值，以及尺寸、重量和技术性能，却起着十分重要的作用。因此，对新型电力电子器件及其相关新型半导体材料的研究，一直是该领域极为活跃的主要课题之一。功率变换在电力电子技术中是最重要的，也是最基本的共性技术。功率变换技术研究的目标主要是：节约能源，提高效率，同时减小变换器的大小和减轻变换器的重量，降低谐波失真和成本;而在电机传动应用中，有时还要求高的精度，快速响应，宽的输出电压、电流或频率的调节范围等。功率变换器可以实现AC—DC，DC—DC/AC的各种电能转换，在同一频率下的AC—AC转换（交流调压）和在不同频率下的AC—AC转换（变频）等。功率变换技术的发展大致可分为三个阶段：第一阶段，是应用二极管和晶闸管和不控或半控强迫换流技术;第二阶段，主要是应用自关断器件，例如GTO、BJT、功率MOSFET、IGBT等和普遍采用PWM控制技术;第三阶段，是以采用软开关、功率因数校正、消除谐波和考虑电磁兼容为特征。各种功率变换技术的研究和开发，以及它们在各种工业、民用和军事领域的实际应用，均离不开先进的控制策略。所以，控制策略在电力电子技术中的应用，一直是电力电子技术研究领域中的一个十分活跃的方向。本文将就上述这几个电力电子技术的主要共性领域的一些必威体育精装版的发展情况加以综述，并结合我国电力电子技术发展现状，对我国电力电子技术及其应用在我国国民经济发展中的广阔前景和发展战略进行分析和讨论。2新型功率半导体器件众所周知，一个理想的功率器件，应当具有下列理想的静态和动态特性：在阻断状态能承受高电压; 在导通状态具有高的电流密度和低的导通压降; 在开关状态，转换时具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和dv/dt，并具有全控功能。自从50年代硅晶闸管问世以后的20多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到上述理想目标做出了不懈的努力，并已取得了世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到lkHz以上。70年代中期，高功率晶体管和功率MOSFET问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅门控双极型晶体管（IGBT）问世，它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。IGBT的迅速发展，又激励了入们对综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的新型功率器件——MOSFET门控晶闸管的研究。SCR问世似来，其功率容量已提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产φ100mm，8000V/4000A的晶闸管。日本现在已能稳定生产8000V/4000A和6000V/6000A的光触发晶闸管（LTT）。美国和欧洲主要生产电触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC、静止无功补偿（SVC）、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍然占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。1982年，日本日立公司首先研制成功2500v、1000A的GTO。许多生产商可提供额定开关功率36MVA（6000V，6000A